दिनांक : 2022-05-28  स्रोत: फायबर कंपोजिट्स

आदर्श ग्रेफाइट क्रिस्टलची जाळीची रचना षटकोनी क्रिस्टल प्रणालीशी संबंधित आहे, जी सहा-सदस्यीय रिंग नेटवर्क स्ट्रक्चरमध्ये कार्बन अणूंनी बनलेली बहु-स्तर आच्छादित रचना आहे. सहा सदस्यीय रिंगमध्ये, कार्बन अणू sp 2 संकरित स्वरूपात असतात

मूलभूत रचना

आदर्श ग्रेफाइट क्रिस्टलची जाळीची रचना षटकोनी क्रिस्टल प्रणालीशी संबंधित आहे, जी सहा-सदस्यीय रिंग नेटवर्क स्ट्रक्चरने बनलेली कार्बन अणूंनी बनलेली आहे. सहा सदस्यीय रिंग मध्ये, कार्बन अणू sp 2 संकरित अस्तित्वात आहेत. sp2 हायब्रिडायझेशनमध्ये, 1 2s इलेक्ट्रॉन आणि 2 2p इलेक्ट्रॉन हायब्रिडायझेशन आहेत, तीन समतुल्य o मजबूत बंध तयार करतात, बाँडचे अंतर 0.1421nm आहे, बाँडची सरासरी ऊर्जा 627kJ/mol आहे आणि बाँडचे कोन एकमेकांना 120 आहेत.

त्याच समतलातील उर्वरित शुद्ध 2p ऑर्बिटल्स ज्या विमानात तीन ओ बंध आहेत त्या विमानाला लंब असतात आणि N-बंध बनवणारे कार्बन अणूंचे N-बंध एकमेकांना समांतर असतात आणि आच्छादित होऊन मोठा N बनतात. - बंध; n इलेक्ट्रॉनवरील गैर-स्थानिकीकृत इलेक्ट्रॉन्स विमानाच्या समांतर मुक्तपणे हलवू शकतात, ज्यामुळे त्याला प्रवाहकीय गुणधर्म मिळतात. ते दृश्यमान प्रकाश शोषून घेऊ शकतात, ज्यामुळे ग्रेफाइट काळा होतो. ग्रेफाइटच्या थरांमधील व्हॅन डेर वाल्स बल हे थरांमधील व्हॅलेन्स बाँड फोर्सपेक्षा खूपच कमी आहे. स्तरांमधील अंतर 0.3354nm आहे आणि बाँड ऊर्जा 5.4kJ/mol आहे. ग्रेफाइटचे थर षटकोनी सममितीच्या अर्ध्या भागाने अडखळले जातात आणि प्रत्येक इतर थरात पुनरावृत्ती होते, ABAB बनते.

आकृती 2-5 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे रचना [४], आणि स्व-स्नेहन आणि इंटरलेअर अंतर्गत क्षमता प्रदान करते. कार्बन फायबर ही एक मायक्रोक्रिस्टलाइन स्टोन-इंक मटेरियल आहे जी कार्बनिक फायबरपासून कार्बनीकरण आणि ग्राफिटायझेशनद्वारे मिळविली जाते.

कार्बन फायबरची सूक्ष्म रचना कृत्रिम ग्रेफाइटसारखीच असते, जी पॉलीक्रिस्टलाइन अराजक ग्रेफाइटच्या संरचनेशी संबंधित असते. ग्रेफाइटच्या संरचनेतील फरक अणु स्तरांमधील अनियमित भाषांतर आणि रोटेशनमध्ये आहे (आकृती 2-6 पहा). सहा घटक नेटवर्क सहसंयोजक बंध - च्या अणू थर मध्ये बांधील आहे जे मूलतः फायबर अक्ष समांतर आहे. म्हणून, सामान्यतः असे मानले जाते की कार्बन फायबर हे फायबर अक्षाच्या उंचीसह एक अव्यवस्थित ग्रेफाइट रचना बनलेले आहे, परिणामी एक अतिशय उच्च अक्षीय तन्य मॉड्यूलस आहे. ग्रेफाइटच्या लॅमेलर रचनेत लक्षणीय अॅनिसोट्रॉपी असते, ज्यामुळे त्याचे भौतिक गुणधर्म देखील अॅनिसोट्रॉपी दर्शवतात.

कार्बन फायबरचे गुणधर्म आणि अनुप्रयोग

कार्बन फायबर फिलामेंट, स्टेपल फायबर आणि स्टेपल फायबरमध्ये विभागले जाऊ शकते. यांत्रिक गुणधर्म सामान्य प्रकार आणि उच्च-कार्यक्षमता प्रकारात विभागलेले आहेत. सामान्य कार्बन फायबर सामर्थ्य 1000 MPa आहे, मॉड्यूलस सुमारे 10OGPa आहे. उच्च-कार्यक्षमता कार्बन फायबर उच्च शक्ती प्रकार (शक्ती 2000MPa, मॉड्यूलस 250GPa) आणि उच्च मॉडेल (300GPa वरील मॉड्यूलस) मध्ये विभागलेले आहे. 4000MPa पेक्षा जास्त ताकदीला अल्ट्रा-हाय स्ट्रेंथ प्रकार देखील म्हणतात; 450GPa पेक्षा जास्त मॉड्यूलस असलेल्यांना अल्ट्रा-हाय मॉडेल म्हणतात. एरोस्पेस आणि एव्हिएशन उद्योगाच्या विकासासह, उच्च सामर्थ्य आणि उच्च लांबीचा कार्बन फायबर दिसू लागला आहे आणि त्याचा विस्तार 2% पेक्षा जास्त आहे. मोठ्या प्रमाणात पॉलीप्रॉपिलीन आय पॅन-आधारित कार्बन फायबर आहे. कार्बन फायबरमध्ये उच्च अक्षीय शक्ती आणि मापांक, रेंगाळत नाही, चांगली थकवा प्रतिरोधकता, विशिष्ट उष्णता आणि धातू नसलेल्या आणि धातूमधील विद्युत चालकता, थर्मल विस्ताराचा एक छोटा गुणांक, चांगली गंज प्रतिरोधकता, कमी फायबर घनता आणि चांगले एक्स-रे ट्रान्समिशन आहे. तथापि, त्याची प्रभाव प्रतिरोधक क्षमता खराब आणि नुकसानास सोपी आहे, मजबूत ऍसिडच्या कृती अंतर्गत ऑक्सिडेशन होते आणि जेव्हा ते धातूसह एकत्र केले जाते तेव्हा धातूचे कार्बनीकरण, कार्बोरायझेशन आणि इलेक्ट्रोकेमिकल गंज होते. परिणामी, कार्बन फायबर वापरण्यापूर्वी पृष्ठभागावर उपचार करणे आवश्यक आहे.